鋳造工場向けアーク式取鍋加熱装置の開発

研究成果
Results of Research Activities
鋳造工場向けアーク式取鍋加熱装置の開発
省エネルギー化と作業環境の改善に貢献
Development of an Arc-Type Ladle Heating System for Foundries
Contributing to Energy Conservation and Improvements in the Work Environment
（エネルギー応用研究所 都市･産業技術G 産業エネルギー T）
鋳造工場において、鋳鉄の溶湯を溶解工程から造型・
注湯工程に搬送する取鍋の加熱装置を開発した。本装
置は、熱源温度の高いアーク加熱を採用して取鍋に断
熱蓋を設置することで、加熱時間の短縮と排熱抑制を
実現した。その結果、従来のガス燃焼方式に対し、エネ
ルギー量を91%、運転費を60%削減し、さらに、加熱
時の取鍋周辺温度や騒音などの作業環境も改善された。
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(Industrial Energy Team, Urban and Industrial Technology Group,
Energy Applications Research and Development Center)
A heating system for the ladles used in iron foundries to transport and
pour molten metal into the molds was developed. This method employs
an arc heating system capable of giving a high temperature, and a heatinsulated cover on the ladle to achieve a reduction of both heating time
and exhaust heat. As a result, compared to the existing gas combustion
system, energy consumption was reduced by 91% and running costs
by 60%. In addition, a better work environment was created with
improvements to noise levels and the ambient temperature around the
ladle during heating.
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開発の背景と目的
アーク式取鍋加熱装置の概要
（1）特長
鋳造工場では、鋳鉄を溶かす溶解炉から鋳型を造る
造型ラインへ「取鍋（とりべ）」と呼ばれる耐火容器を用
●省エネルギー化
いて溶けた鋳鉄（溶湯）を運搬し、鋳型に溶湯を流し込
熱源温度が高いアーク式の採用で排気損失を抑えると
んで鋳物を製造している（第1図）。
ともに、断熱蓋の設置で取鍋からの放熱を抑え、加熱時
溶湯の温度低下を防ぐため、溶湯を注ぐ前に取鍋内
間の短縮とエネルギーの大幅な削減を実現できる。
部を予熱する必要があり、通常はガスバーナーが用い
●作業環境の改善
られている。ガスバーナーを用いた予熱は、第2図に示
ガスによる加熱のような化石燃料の燃焼排気を工場内
す通り、排気による熱損失が大きいため、多くの時間と
に放出しないため、取鍋周辺の温度上昇が抑えられる。
エネルギーを要するほか、排熱によって取鍋周辺の作
さらに、従来はバーナー燃焼に伴う騒音が発生してい
業エリアまで高温となることが課題であった｡
たが、断熱蓋の設置でアーク加熱時の騒音を低減し、作
そこで、省エネルギーとCO2削減を実現するため、ア
業環境の改善が図られる。
ーク加熱方式の取鍋予熱装置をトヨタ自動車株式会社
●酸化物の低減
および特殊電極株式会社と共同で開発した。
ほぼ密閉での加熱が可能で、取鍋内部への酸素供給が
なお、取鍋予熱のフィールド試験についてはアイシ
少ないことから、内部に残留する鉄の酸化を防ぎ、ノロ
ン高丘株式会社の協力を得て実施した。
と呼ばれる酸化物
（廃棄物）
の生成を抑制できる。
（2）装置の構成
開発装置のフローを第3図に示し、仕様を第1表に示す。
本装置は、直流電源、昇降装置、黒鉛電極、断熱蓋、不活
性ガス導入ライン、排気ラインで構成される。
アノードおよびカソード間に直流電流を印加し、アー
クを発生させる。アークの中心部は5000℃以上であり、
第1図 取鍋搬送フロー
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■燃焼排気の多量発生
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エネルギー損失大
作業環境悪化
（騒音、雰囲気温度）
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1027
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㞹″
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■酸化付着物
（ノロ）発生
保全コストUP
第2図 ガスバーナーによる予熱の課題
技術開発ニュース No.148 ／ 2013-7
第3図 開発装置のフロー
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研究成果
Results of Research Activities
その輻射熱により取鍋内部の耐火物を予熱する。温度計
項目 エネルギー消費量
測器からの信号に基づいて出力調整や電極昇降を行い、
100%
取鍋内部を所定の温度まで加熱する。
評価
結果
ランニングコスト
100%
䕜 91%
80%
第1表 開発装置の仕様
予熱時間
100%
䕜 22%
80%
60%
60%
60%
40%
40%
40%
項 目
仕 様
電 源
3相200V/210A
20%
20%
20%
定 格 出 力
61kW
0%
0%
0%
電 極
カーボン φ80×1800mm
ユーティリティ
電気、不活性ガス
加 熱 能 力
800℃／ h （300kg 用取鍋）
3
䕜 60%
80%
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䜰䜽
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第5図 取鍋予熱特性の比較
項目
騒音
雰囲気温 度
120db
80Υ
100db
性能検証および評価
䕜㻖㻓㼇㼅
80db
（1）省エネルギー性能の評価
評価
結果
アーク式およびガス式の取鍋加熱装置で予熱した際
60db
60Υ
䕜㻖㻓䉔
40Υ
40db
の熱収支の比較結果を第4図に示す。
20Υ
20db
ガス式では排気損失の比率が82%となり、取鍋耐火
0db
物の予熱に要する熱量の比率（有効熱量比）が13%に留
0Υ
䜰䜽ᘟ
まったのに対し、アーク式では70%が有効に活用され
䜦䞀䜳ᘟ
䜰䜽ᘟ
䜦䞀䜳ᘟ
第6図 作業環境特性の比較
ることが確認できた。
ガス式
そこで、フィールド試験にてアーク式取鍋加熱装置の
アーク式
予熱性能を評価した結果、第 5図に示す通り、ガス式に
対してエネルギー消費量と処理時間がそれぞれ 91% 、
400μm
22%低減し、予熱に要するコストが60%削減できる見
130μm
酸化物
断面
通しを得た。
母材
（2）作業環境の評価
50μm
取鍋予熱の際の騒音および周辺温度を測定した結果
を第 6図に示す。この結果、アーク式ではガス式に対し
重量
て騒音が30dB、雰囲気温度が30℃低減し、作業環境の
20μm
238g
75g
第7図 酸化物生成量の比較
改善が図られることが確認できた。
4
（3）酸化物の低減
取鍋の内壁付近に鉄板試料を設置し、アーク式とガス
今後の展開
式の各方式で取鍋予熱を行い、鉄板表面の酸化物生成量
第 8図に示すアーク式取鍋加熱装置を、平成 24年 10
を比較した。
月から特殊電極（株）より受注販売している。
第 7図に示す通り、酸化物生成に伴う重量増加はガス
今後は、鋳造工場のお客さまに対して高効率電気機器
式の238gに対しアーク式では75gとなり、酸化物生成
として推奨し、普及に努めていきたい。
量は69%低減した。
燃料熱量
（１００％）
有効熱量 電力量
１３% （１００％）
放熱損失 排気損失
５%
８２%
(a) ガス式加熱
有効熱量
７０%
放熱損失 排気損失
２７%
３%
(b) アーク式加熱
第8図 アーク式取鍋加熱装置の外観
第4図 熱収支
執筆者／棚橋尚貴
技術開発ニュース No.148 ／ 2013-7
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